ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ПРИЕМНИК Российский патент 2016 года по МПК H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области техники осветительных устройств с модуляцией кода и, в частности, к осветительному устройству, в котором используется множество режимов регулирования силы света, и к способу модуляции кода, к приемнику и к осветительной системе для такого осветительного устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Связь на основе видимого света может приносить существенную пользу для реализации различных применений интеллектуального освещения, обеспечивая возможность, например, простого ввода в эксплуатацию, считывания информации о состоянии и указания осветительных модулей на светодиодах (LED), управления ими и т.д. Одна из ключевых проблем создания способа модуляции видимого света заключается в том, что модуляция данных должна быть совместимой с функциональными возможностями освещения, то есть, например, в том, что данные, которыми промодулирован излучаемый свет, обычно являются невидимыми для человеческого глаза.

В частности, многие усовершенствованные светодиодные осветительные системы позволяют обеспечивать такие функциональные возможности освещения, как регулирование силы света, например, для экономии энергии в офисной среде или для создания окружающей обстановки в ресторане.

Существует три основных способа регулирования силы света для светодиодов, а именно регулирование силы света способом амплитудной модуляции (AM-D), регулирование силы света способом широтно-импульсной модуляции (PWM-D) и регулирование силы света способом модуляции плотности импульсов (PDM-D). С учетом возможностей регулирования силы света практически обычно необходимо разработать такой способ модуляции данных для конкретного способа регулирования силы света, который является рентабельным и оказывающим минимальное влияние на коэффициент полезного действия лампы. Например, для совместимости со способом AM-D может быть выполнена модуляция амплитуды выходного светового излучения вблизи желательного уровня света для передачи данных. В качестве другого примера, применительно к способу PWM-D, может быть выбрана модуляция значений ширины или положения последовательных импульсов для внедрения данных в световой сигнал. Для различных режимов регулирования силы света предпочтительными являются различные способы модуляции, поскольку при такой согласованности между способами модуляции данных и регулирования силы света лампы могут быть достигнуты низкая себестоимость реализации и минимальные потери коэффициента полезного действия лампы.

Однако возникает дополнительная проблема, когда одиночное осветительное устройство выполнено так, что обеспечивает регулирование силы света более чем одним способом регулирования силы света, который может являться пригодным для увеличения коэффициента полезного действия осветительного устройства. Известен двухрежимный способ регулирования силы света, например, позволяющий использовать оба следующих способа: способ AM-D и способ PWM-D - для регулирования силы света одного и того же осветительного устройства для различных ситуаций. Как правило, выбранный способ регулирования силы света может быть задан, например, в ответ на запрашиваемый уровень регулирования силы света.

Кроме того, известны схемы связи на основе видимого света (VLC) для светодиодных осветительных систем, ориентированные на фиксированный однорежимный или двухрежимный способ регулирования силы света и на соответствующий фиксированный подход к модуляции данных, которые являются известными для приемника до процедуры приема данных. В этих подходах с фиксированным режимом регулирования силы света и с фиксированной модуляцией данных приемник всегда должен производить сбор информации о регулировании силы света, например, о том, какой режим регулирования силы света осветительного устройства используется, до процедуры приема данных, то есть извлекать данные, которыми промодулирован свет, что является трудоемким или даже невозможным.

С точки зрения передачи данных желательно, чтобы приемник работал независимо с различными уровнями регулирования силы света и способами регулирования силы света.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является преодоление вышеописанных проблем и создание совместимого способа модуляции данных, осветительного устройства и соответствующего приемника, которые способны работать "вслепую", то есть без априорных сведений о том, какой уровень регулирования силы света и какой способ регулирования силы света используются.

Идея настоящего изобретения основана на обеспечении совместимой амплитудной модуляции выходного светового излучения из осветительных устройств, использующих два или более режимов регулирования силы света, причем эта совместимая амплитудная модуляция в приемнике света из такого осветительного устройства позволяет извлекать данные, которыми промодулирован свет, без априорных сведений о режиме регулирования силы света и о способах регулирования силы света, используемых в осветительном устройстве.

Эта и другие задачи достигнуты за счет создания осветительного устройства, приемника и способа, имеющих признаки, изложенные в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено осветительное устройство, содержащее, по меньшей мере, один источник света для обеспечения выходного светового излучения и средство регулирования силы света для обеспечения регулирования силы света выходного светового излучения посредством текущего режима регулирования силы света, выбранного из множества режимов регулирования силы света. Каждый режим регулирования силы света соответствует заданному способу регулирования силы света. Осветительное устройство дополнительно содержит средство внедрения для внедрения кода в регулируемое выходное световое излучение, причем это средство внедрения выполнено с возможностью управления мгновенной величиной регулируемого выходного светового излучения так, что для внедрения кода модулируется интегральная величина регулируемого выходного светового излучения за промежуток времени T.

Таким образом, предложено осветительное устройство, в котором совместимы различные режимы регулирования силы света, используемые для регулирования силы света выходного светового излучения, при этом для одного и того же источника света могут использоваться различные режимы регулирования силы света и, тем самым, различные способы регулирования силы света. За счет обеспечения того, что для внедрения информации в виде данных модулируют интегральную мощность выходного светового излучения за промежуток времени T вне зависимости от используемого режима регулирования силы света, приемник для приема света, выведенного из осветительного устройства, может выполнять извлечение данных без необходимости получения сведений о конкретном используемом способе регулирования силы света.

Согласно одному из вариантов осуществления осветительного устройства регулируемое выходное световое излучение модулируют кодом с возможностью его извлечения посредством процедуры интегрирования и вывода. Это обеспечивает удобный способ извлечения, который для модулированного светового сигнала, модуляция которого осуществлена с использованием вышеописанного совместимого способа модуляции, то есть модуляции интегральной мощности выходного светового излучения за промежуток времени, преимущественно приводит к одному и тому же извлеченному коду, например, для модуляции кода посредством амплитудной модуляции, а также для модуляции кода посредством широтно-импульсной модуляции.

Согласно одному из вариантов осуществления осветительного устройства выбирают текущий режим регулирования силы света в ответ на запрошенный уровень DL выходного светового излучения для источника света. Поскольку модуляцию для внедрения данных, то есть кода, выполняют таким образом, что приемнику безразличен текущий режим регулирования силы света для приема света из источника света, то извлечение данных может быть произведено без сведений о текущем уровне регулирования силы света. Таким образом, уровень регулирования силы света просто используется для задания текущего режима регулирования силы света в осветительном устройстве.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения в осветительном устройстве используются два режима регулирования силы света. Первый режим используется тогда, когда запрошенная величина DL выходного светового излучения меньше заданного порогового уровня, а второй режим используется тогда, когда запрошенная величина выходного светового излучения превышает заданный пороговый уровень. Это целесообразно для обеспечения большой отдачи по мощности и еще точного регулирования силы света. В качестве примера в предлагаемом осветительном устройстве согласно идее настоящего изобретения, которым является светодиодный осветительный модуль, может использоваться способ AM-D, когда силу света выходного светового излучения уменьшают со 100% выходного светового излучения до, например, 10% выходного светового излучения для обеспечения большой отдачи по мощности и еще для обеспечения достаточно точного регулирования силы света. Когда силу света выходного светового излучения уменьшают еще в большей степени, то есть ниже 10%, использование способа AM-D больше не является целесообразным. Причина состоит в том, что часто трудно и дорого создать источник питания, обеспечивающий точный и в то же время устойчивый малый ток возбуждения для осветительного модуля. Вместо этого может использоваться иной способ регулирования силы света, например способ PWM-D. В способе PWM-D источник питания периодически выключают на некоторую процентную долю от общего времени, поддерживая (номинальный) ток возбуждения, когда источник питания включают. Таким образом, может быть достигнуто точное и надежное регулирование силы света в больших пределах.

Согласно одному из вариантов осуществления осветительного устройства модуляцию для внедрения кода выполняют посредством (или при помощи) схемы модуляции кода, соответствующей текущему режиму регулирования силы света.

Согласно одному из вариантов осуществления осветительного устройства, когда текущим режимом регулирования силы света является первый режим, то используют первую схему модуляции кода, а если текущим режимом регулирования силы света является второй режим, то используют вторую схему модуляции кода.

Согласно одному из вариантов осуществления осветительного устройства каждый из способов регулирования силы света обеспечивает один из следующих режимов регулирования силы света: регулирование силы света способом амплитудной модуляции, регулирование силы света способом широтно-импульсной модуляции и регулирование силы света способом модуляции плотности импульсов.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен приемник, содержащий средство приема сигнала, исходящего из осветительного устройства согласно идее настоящего изобретения, и средство извлечения кода из принятого сигнала посредством (или при помощи) процедуры интегрирования и вывода. Путем выполнения процедуры интегрирования и вывода сигнала, принятого из осветительного устройства согласно идее настоящего изобретения, приемник может функционировать так, что производит прием данных без сведений о конкретном уровне регулирования силы света и о способе регулирования силы света, используемом в осветительном устройстве.

Согласно одному из вариантов осуществления приемника принимаемым сигналом является световой сигнал LS, при этом приемник дополнительно содержит средство преобразования принятого светового сигнала в электрический сигнал до ввода в средство извлечения кода.

Согласно одному из вариантов осуществления приемника процедура интегрирования и вывода содержит для ряда промежутков времени продолжительностью T для каждого промежутка времени (i) интегрирование принятого сигнала по промежутку времени T и (ii) регистрацию результирующей интегральной величины принятого сигнала за этот промежуток времени. Последовательность зарегистрированных результирующих интегральных величин соответствует коду.

Согласно одному из вариантов осуществления приемника он предпочтительно дополнительно содержит блок тактовой синхронизации для синхронизации процедуры интегрирования и вывода.

Согласно одному из вариантов осуществления приемника он дополнительно выполнен с возможностью оценки уровня сигнала, принятого из осветительного устройства, что может являться полезным в конкретных областях применения освещения.

Кроме того, предложена осветительная система, содержащая одно или большее количество осветительных устройств и один или большее количество приемников согласно идее настоящего изобретения.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ модуляции кода для источника света, использующего множество режимов регулирования силы света. Каждый соответствующий режим регулирования силы света представляет собой режим регулирования силы света выходного светового излучения из источника света посредством соответствующего способа регулирования силы света. Способ модуляции кода содержит этап, на котором управляют мгновенной величиной регулируемого выходного светового излучения, когда регулирование силы света осуществляют в текущем режиме регулирования силы света, выбранном из множества режимов регулирования силы света, так, что для внедрения кода модулируют интегральную величину регулируемого выходного светового излучения за промежуток времени T.

Способ может дополнительно содержать этап, на котором обнаруживают текущий используемый режим регулирования силы света. Модуляцию для внедрения кода выполняют посредством схемы модуляции кода, соответствующей текущему режиму регулирования силы света.

Согласно одному из вариантов осуществления способа он дополнительно содержит этап, на котором извлекают код из выходного светового излучения, предпочтительно снаружи источника света, подобно тому, как это делают в приемнике. Этап восстановления кода содержит этап, на котором обрабатывают свет, выведенный из осветительного устройства, например часть регулируемого выходного светового излучения, принятую приемником, посредством процедуры интегрирования и вывода.

Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, изложенных в формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее будет приведено более подробное описание этих и других аспектов настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показан вариант (показаны варианты) осуществления настоящего изобретения, а на этих чертежах изображено следующее:

на Фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема, на которой проиллюстрирован вариант осуществления осветительного устройства согласно идее настоящего изобретения,

на Фиг. 2a, 2b изображены временные диаграммы, на которых проиллюстрирован вариант осуществления способа модуляции кода согласно идее настоящего изобретения, которой здесь является двоичная совместимая амплитудная модуляция с использованием режима регулирования силы света способом широтно-импульсной модуляции, режима PWM-D,

на Фиг. 3a-Фиг. 3b изображены временные диаграммы, на которых проиллюстрирован вариант осуществления способа модуляции кода согласно идее настоящего изобретения, которой здесь является двоичная совместимая амплитудная модуляция с использованием режима регулирования силы света способом амплитудной модуляции, режима AM-D,

на Фиг. 4a-Фиг. 4b показаны временные диаграммы, на которых проиллюстрирована четырехуровневая совместимая амплитудная модуляция с использованием a) режима регулирования силы света способом амплитудной модуляции, режима AM-D, и b) режима регулирования силы способом широтно-импульсной модуляции, режима PWM-D,

на Фиг. 5 изображена принципиальная блок-схема, на которой проиллюстрирован вариант осуществления осветительного устройства согласно идее настоящего изобретения, и

на Фиг. 6 изображена принципиальная блок-схема, на которой проиллюстрирован вариант осуществления приемника согласно идее настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Идея настоящего изобретения основана на предложенном способе модуляции кода, именуемом здесь совместимой амплитудной модуляцией (CAM), который обеспечивает совместимость модуляции кода в осветительной системе, способной регулировать силу света. CAM основана на в осветительном устройстве, в котором может использоваться множество режимов регулирования силы света, где каждый из них представляет собой регулирование силы света выходного светового излучения из осветительного устройства посредством соответствующего способа регулирования силы света, управляют мгновенной величиной регулируемого выходного светового излучения из осветительного устройства так, что для внедрения кода модулируют интегральную величину регулируемого выходного светового излучения за промежуток времени T. В таком случае после этого код может быть извлечен из выведенного модулированного светового сигнала посредством процедуры интегрирования и вывода без сведений о способе регулирования силы света и/или об уровне регулирования силы света осветительного устройства.

В качестве иллюстрации сначала приведено описание CAM для осветительного устройства, использующего два режима регулирования силы света. На Фиг. 1 подробно изображена принципиальная блок-схема варианта осуществления осветительного устройства 100 согласно идее настоящего изобретения. Осветительное устройство содержит источник 101 света, который здесь содержит светодиод (LED), электропитание которого обеспечивает устройство 106 управления. В альтернативном варианте источник света может содержать больше светодиодов, или в качестве альтернативы может быть основан на газоразрядных лампах высокой интенсивности (HID), галогенных лампах, лампах накаливания и/или трубчатых люминесцентных лампах.

Устройство 106 управления определяет уровень регулирования силы света и включает и выключает источник 101 света. Устройство управления содержит электронные программные и аппаратные средства для подачи электроэнергии в источник света и дополнительно содержит соответствующие возможности обработки, например, по меньшей мере, один процессор и, возможно, но не обязательно, по меньшей мере, одну схему запоминающего устройства. Ниже различными средствами описаны только лишь функциональные возможности устройства управления, включающие в себя выбор обработку, кодирование и т.д. Эти функциональные возможности могут быть реализованы программными или аппаратными средствами.

Устройство 106 управления содержит блок обработки, например центральный процессор (ЦП), или, возможно, но не обязательно, является его частью. Одиночный процессор или иной блок могут выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения.

Устройство 106 управления выполнено с наличием средства выбора текущего режима регулирования силы света, которое здесь проиллюстрировано как прямоугольник 104. На основании информации, принятой через необязательный интерфейс (односторонней) связи (не показан), осуществляют управление уровнем DL регулирования силы света или включением/выключением источника света. Здесь прямоугольник 104 извлекает величину запрошенного уровня DL регулирования силы света из интерфейса связи, которым является, например, пульт дистанционного управления, компьютерная система управления или ручной регулятор силы света. Заданный способ регулирования силы света выбирают в зависимости от запрошенной величины DL уровня регулирования силы света. Для этого варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве пояснительного примера, если уровень DL регулирования силы света выбран меньшим, чем заданный пороговый уровень, например равным 10% от максимальной мощности выходного светового излучения из осветительного устройства, то в качестве способа регулирования силы света следует использовать способ PWM-D. Если же уровень DL регулирования силы света выбран равным или превышающим заданный пороговый уровень, то в качестве способа регулирования силы света следует использовать способ AM-D. В альтернативных вариантах осуществления изобретения заданный пороговый уровень может быть задан равным, например, 80%, 75%, 50%, 40%, 33% или 20% от максимальной мощности выходного светового излучения. Другими словами, для уровней DL регулирования силы света выше порогового уровня источник света возбуждают постоянным током, соразмерным с запрошенным уровнем регулирования силы света (то есть током, равным определенному проценту от номинального тока, соответствующего 100% от выходного светового излучения), и промодулированным вокруг этого уровня тока (см. Фиг. 3a и Фиг. 3b). Для уровней регулирования силы света ниже порогового значения источник света возбуждают током с широтно-импульсной модуляцией (PWM), где “ток во включенном состоянии” равен постоянному току, соразмерному с пороговым уровнем, а коэффициент заполнения PWM задает уровни регулирования силы света на пороговом уровне (коэффициент заполнения 100%) или ниже порогового уровня (коэффициент заполнения <100%) (см. Фиг. 2a и Фиг. 2b).

Осветительное устройство 100 дополнительно содержит средство регулирования силы света для обеспечения регулирования силы света выходного светового излучения, то есть схему, обеспечивающую генерацию тока для регулирования силы света способом AM-D или способом PWM-D, которое здесь проиллюстрировано прямоугольником 102. Таким образом, в прямоугольнике 102 используется текущий выбранный способ регулирования силы света, который выбран в прямоугольнике 104, вместе с информацией о запрошенном уровне DL регулирования силы света, а затем этот прямоугольник 102 выводит регулируемый ток возбуждения для источника света.

Схема управления для источника 101 света дополнительно содержит средство внедрения для внедрения кода в выходное световое излучение, причем это средство внедрения здесь изображено прямоугольником 103. Способ модуляции, используемый при внедрении данных, здесь выбирают в ответ на текущий режим регулирования силы света. Данные о текущем режиме регулирования силы света здесь извлекают из прямоугольника 104. Кроме того, фактические данные, подлежащие внедрению в выходное световое излучение, извлекают из источника данных (DS), который может быть обеспечен, например, посредством цепей управления в самом осветительном устройстве, пульта дистанционного управления или компьютерной системы управления для осветительной системы, частью которой является осветительное устройство. Эти данные могут соответствовать, например, идентификационному коду осветительного устройства, текущим установочным параметрам освещения, текущим результатам измерений освещения, обеспечиваемого осветительным устройством, данным, относящимся к осветительному устройству, таким как, например, продолжительность горения источника 101 света, или любым внешним данным, например переданным данным, таким как, например, текстовые данные, музыка или речь, видеоданные, данные с датчика, например датчика температуры, датчика напряжения, датчика тока, фотоприемника и т.д.

Регулируемый ток возбуждения из прямоугольника 102 и ток, в который внедряют данные, из прямоугольника 103 генерируют в независимых схемах и объединяют при вводе в источник света, которым является светодиод 101. По существу, общую силу света в промежутке времени T изменяют для внедрения цифровых данных. Например, более высокая общая сила света в промежутке времени T означает бит, равный “1”, а более низкая общая сила света в промежутке времени T означает бит, равный “0”. Однако средняя сила света за намного более длительные промежутки времени по-прежнему равна величине, указанной желательным света уровнем регулирования силы света. Промежуток времени T может составлять от (приблизительно) 10 нс до (приблизительно) 1 мс в зависимости от внедряемых данных и от используемого применения освещения. Это соответствует скорость передачи битов от ~100 Мбит/с до ~1 Кбит/с. Предпочтительно промежуток времени T составляет от 100 нс до 100 мкс, а более предпочтительно от 1 мкс до 10 мкс.

Если удовлетворяются условия вышеупомянутого описания, то имеется свобода выбора конкретного варианта реализации этого способа внедрения данных. Например, могут быть одновременно сгенерированы такие формы светового сигнала, которые удовлетворяют условиям как регулирования силы света, так и внедрения данных, что будет описано ниже. Или, как и в осветительном устройстве 100, может быть применен двухэтапный подход путем генерации сначала регулируемого тока возбуждения в прямоугольнике 102, а затем модифицирования сигнала для внедрения данных.

В осветительном устройстве 100 может использоваться двоичная модуляция кода, то есть данные представляют собой последовательность значений данных, выбранных из {-1, 1}. Это описано со ссылкой на Фиг. 2. На Фиг. 2a-Фиг. 2b изображены временные диаграммы, на которых проиллюстрирован вариант реализации CAM при использовании режима PWM-D в источнике света. На Фиг. 2a проиллюстрирован ток возбуждения, обеспечиваемый прямоугольником 102, который является импульсно-модулированным - следовательно, в прямоугольнике 104 выбрано регулирование силы света способом PWM-D - для обеспечения уровня регулирования силы света приблизительно 5% от максимальной мощности выходного светового излучения (100%) источника 101 света. В качестве примера в этом случае пороговый уровень установлен равным 10%, а коэффициент заполнения PWM составляет приблизительно 50%. Для каждого промежутка времени T (соответствующий 1/f_PWM, где f_PWM - частота PWM) каждый импульс затем модулируют способом CAM для внедрения соответствующего значения данных. Последовательностью данных, которой модулируют регулируемый ток возбуждения и которая видна на Фиг. 2b, где проиллюстрирован промодулированный регулируемый управляющий сигнал, здесь является последовательность {*, 1, -1, -1, 1, -1, 1, *}, где * отображает "данные отсутствуют", следовательно, первый и последний промежутки времени, которые видны на Фиг. 2b, не содержат модуляцию данных в токе возбуждения. Управляющий сигнал и, следовательно, соответствующее выходное световое излучение в течение интервала "данные отсутствуют" определяются конкретным используемым режимом регулирования силы света и используемым уровнем регулирования силы света, которые. Например, в режиме регулирования силы света способом PWM сигнал "данные отсутствуют" не может быть задан состоящим из последовательности импульсов с постоянным коэффициентом заполнения, величина которого определяется уровнем регулирования силы света.

В продолжение этого, когда уровень DL регулирования силы света осветительного устройства 100 выбран выше вышеупомянутого порогового уровня, то, как описано выше, используют регулирование силы света способом AM-D. Теперь приведено описание варианта реализации CAM для этого режима возбуждения для осветительного устройства 100 со ссылкой на Фиг. 3. На Фиг. 3a-Фиг. 3b изображены временные диаграммы, на которых проиллюстрирован вариант реализации CAM при использовании режима AM-D в источнике света. На Фиг. 3a проиллюстрирован ток возбуждения, обеспечиваемый прямоугольником 102, который является модулированным по амплитуде, следовательно, в прямоугольнике 104 выбрано регулирование силы света способом AM-D для обеспечения общего выходного светового излучения, равного A% от максимальной мощности выходного светового излучения (100%) источника 101 света. Для каждого промежутка времени T регулируемое выходное световое излучение затем модулируют способом CAM для внедрения соответствующего значения данных. Последовательностью данных, которой модулируют регулируемый ток возбуждения и которая видна на Фиг. 3b, где проиллюстрирован промодулированный регулируемый управляющий сигнал, здесь является последовательность {*, 1, -1, -1, 1, -1, 1, *}, где * отображает "данные отсутствуют", следовательно, первый и последние промежутки времени, которые видны на Фиг. 3b, не содержат модуляцию данных в токе возбуждения. Модуляцию кода здесь выполняют посредством амплитудной модуляции среднего уровня светового излучения, выведенного из осветительного устройства. Обычно глубина модуляции принимает значение в интервале от 1% до 20% в зависимости от требуемого отношения сигнал-шум и от ограничений по освещения, допустимых для осветительной системы. Как упомянуто выше, для режима регулирования силы света способом PWM управляющий сигнал и, следовательно, соответствующее выходное световое излучение в течение интервала "данные отсутствуют" определяются конкретным используемым режимом регулирования силы света и используемым уровнем регулирования силы света. В режиме регулирования силы света способом AM сигнал "данные отсутствуют" не может быть задан состоящим из сигнала постоянного тока, величина которого определяется уровнем регулирования силы света.

CAM является пригодной для иных модуляций кода, чем двоичная модуляция кода, и на Фиг. 4a и Фиг. 4b проиллюстрирована четырехуровневая модуляция для управляющего сигнала в режиме AM-D (Фиг. 4a) и для управляющего сигнала в режиме PWM-D (Фиг. 4b). В регулируемый управляющий сигнал кодируют четыре различных символа {-3, -1, 1, 3}. Следует отметить, что в идее настоящего изобретения количество уровней кода не ограничено каким-либо конкретным набором чисел.

Во всех случаях использования CAM в описанном выше осветительном устройстве, несмотря на то что мгновенная величина выходной мощности светового излучения при освещении имеет флуктуации вследствие необходимости внедрения данных, среднее значение выходной мощности светового излучения за более длительный промежуток времени (>T), равный, например, 0,01 секунды, остается тем же самым и соответствующим необходимому уровню регулирования силы света. По существу, глаза человека должны ощущать только лишь регулирование силы света светодиодных ламп, тогда как процедура внедрения данных должна быть невидимой для глаз человека.

Как упомянуто выше, ток возбуждения для источника света может быть сгенерирован одиночной (логической) схемой путем совместного учета требований в отношении внедрения данных и уровней регулирования силы света. Такой вариант осуществления осветительного устройства согласно идее настоящего изобретения проиллюстрирован на Фиг. 5. На Фиг. 5 подробно изображена принципиальная блок-схема варианта осуществления осветительного устройства 200 согласно идее настоящего изобретения. Осветительное устройство 200 содержит источник 101 света, который здесь содержит светодиод (LED), электропитание которого обеспечивает устройство 206 управления. В альтернативном варианте источником света может являться лампа упомянутых выше типов со ссылкой на Фиг. 1. Устройство 206 управления определяет уровень регулирования силы света и включает и выключает источник 101 света. Устройство 206 управления, как описано выше для осветительного устройства, показанного на Фиг. 1, выполнено с наличием средства выбора текущего режима регулирования силы света, которое проиллюстрировано как прямоугольник 104. На основании информации, принятой через необязательный интерфейс (односторонней) связи (не показан), осуществляют управление уровнем DL регулирования силы света или включением/выключением источника света. Прямоугольник 104 извлекает запрошенную величину DL уровня регулирования силы света из соответствующего интерфейса связи.

Осветительное устройство 200 дополнительно содержит средство, обеспечивающее регулирование силы света и кодирование выходного светового излучения, то есть схему для обеспечения генерации тока регулирования силы света способом AM-D или PWM-D, и средство внедрения данных, проиллюстрированное здесь прямоугольником 105. Таким образом, выбранный в текущий момент способ регулирования силы света, выбранный в прямоугольнике 104, используется в прямоугольнике 105 вместе с информацией о запрошенном уровне DL регулирования силы света, а данные, внедряемые в сигнал, извлекают из источника данных DS способом, аналогичным способу, используемому в осветительном устройстве 100, который описан выше со ссылкой на Фиг. 1. Затем прямоугольник 105 выводит регулируемый ток возбуждения, модулированный способом CAM, для возбуждения источника 101 света.

Способ модуляции, используемый при внедрении данных, здесь выбирают в ответ на текущий режим регулирования силы света. Данные о текущем режиме регулирования силы света извлекают из прямоугольника 104.

Описанные выше осветительные устройства выводят свет с регулируемой и кодируемой силой света. Для извлечения данных, внедренных в световое излучение, идея настоящего изобретения дополнительно относится к приемнику. На Фиг. 6 изображена принципиальная блок-схема варианта осуществления приемника 300 согласно идее настоящего изобретения. Приемник 300 содержит светочувствительный элемент 301 для приема сигнала LS, исходящего из осветительного устройства согласно идее настоящего изобретения, которое возможно, но не обязательно, соединено с преобразователем 304 для преобразования сигнала LS из оптического в электрический. В альтернативном варианте светочувствительный элемент и преобразователь могут быть объединены в один блок датчика. Приемник 300 дополнительно содержит средство обработки принятого сигнала посредством процедуры интегрирования и вывода и дополнительно для извлечения кода из выходного сигнала средства обработки принятого сигнала, которое здесь проиллюстрировано прямоугольником 302. Процедура интегрирования и вывода содержит для нескольких промежутков времени продолжительностью T: для каждого промежутка времени интегрируют принятый сигнал по промежутку времени T, и регистрируют результирующую интегральную величину принятого сигнала за этот промежуток времени. Последовательность зарегистрированных результирующих интегральных величин соответствует внедренному коду. Как указано выше, в результате этой обработки путем "интегрирования и вывода" и извлечения встроенного кода оба модулированных световых сигнала из осветительного устройства, как проиллюстрировано на Фиг. 2b и Фиг. 3b, приводят к одной и той же кодовой последовательности со скоростью 1/T.

Возможно, но не обязательно, приемник 300 содержит блок 303 тактовой синхронизации, который выполнен для получения точной величины T. Даже если приемник должен знать заданную идеальную величину T, фактическое значение T из конкретного осветительного устройства может иметь определенный уровень погрешностей вследствие реальных условий, таких как, например, температура, влажность, и т.д. Следовательно, роль блока 303 тактовой синхронизации в приемнике состоит в восстановлении фактического значения T, являющегося близким к заданной идеальной величине. Для содействия этой процедуре тактовой синхронизации общепринятой практикой является присоединение известной периодической последовательности к началу последовательности данных для приемника для восстановления точной величины T для этого соответствующего передатчика, то есть здесь для осветительного устройства.

Следует упомянуть, что другие аспекты приемника, такие как аналоговая и цифровая фильтрация, усиление с низким уровнем шумов и декодирование вероятно использованного линейного кодирования, кодирование с контролем ошибок, схемы кодирования с проверкой на четность и т.д., выходят за пределы объема этого изобретения.

Согласно одному из вариантов осуществления приемника в дополнение к приему данных и извлечению кода, приемник выполнен с возможностью оценки уровня светового сигнала, принятого из осветительного устройства.

Приемник и осветительные устройства, которые описаны выше, могут содержать блок обработки, например центральный процессор (ЦП), или являться его частью. Одиночный процессор или иной блок могут выполнить функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения.

Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено описанными выше предпочтительными вариантами его осуществления. Наоборот, возможно множество модификаций и изменений, не выходящих за пределы объема прилагаемой формулы изобретения. Например, специалисту в данной области техники понятно, что в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения режим PWM-D реализован так, что последовательность импульсов тока в режиме PWM не переключается между нулем и I_threshold, как описано выше, но вместо этого переключается между нулем и максимальным допустимым током I_nominal в системе. Коэффициент заполнения должен быть одновременно установлен равным меньшей величине с коэффициентом I_nominal/I_threshold для достижения необходимого уровня регулирования силы света. Этот вариант может хорошо работать при относительно больших уровнях DL регулирования силы света (то есть относительно близко к 100% от выходного светового излучения), но его трудно достигнуть при очень низких уровнях регулирования силы света (то есть относительно близко к 0% от выходного светового излучения), поскольку реализация очень низких коэффициентов заполнения является трудной/дорогостоящей.

Изобретение относится к области светотехники с модуляцией кода. Осветительное устройство содержит средство (102) регулирования силы света выходного светового излучения, использующее множество режимов регулирования силы света, каждый из которых представляет собой режим регулирования силы света выходного светового излучения из осветительного устройства посредством соответствующего способа регулирования силы света, и средство (103) внедрения кода в выходное световое излучение. Средство внедрения кода в выходное световое излучение использует модуляцию кода, которая основана на управлении мгновенной величиной регулируемого выходного светового излучения из осветительного устройства так, что для внедрения кода модулируют интегральную величину регулируемого выходного светового излучения за промежуток времени T. В таком случае после этого в приемнике из модулированного светового сигнала может быть извлечен код посредством процедуры интегрирования и вывода без наличия сведений о способе регулирования силы света и/или об уровне регулирования силы света осветительного устройства. Технический результат - упрощение регулирования силы света. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Осветительное устройство (100), содержащее:
по меньшей мере, один источник (101) света для обеспечения выходного светового излучения; и
средство (102) обеспечения регулирования силы света упомянутого выходного светового излучения посредством текущего режима регулирования силы света, выбранного из множества режимов регулирования силы света, причем каждый режим регулирования силы света соответствует соответствующему заданному способу регулирования силы света из множества различных способов регулирования силы света, которые используются осветительным устройством,
при этом упомянутое осветительное устройство дополнительно содержит средство (103) внедрения кода в упомянутое регулируемое выходное световое излучение, причем упомянутое средство выполнено с возможностью управления мгновенной величиной регулируемого выходного светового излучения так, что для внедрения упомянутого кода модулируется интегральная величина упомянутого регулируемого выходного светового излучения за промежуток времени Т, причем упомянутое множество различных способов регулирования силы света содержит по меньшей мере два из следующих способов: регулирование силы света способом амплитудной модуляции, регулирование силы света способом широтно-импульсной модуляции и регулирование силы света способом модуляции плотности импульсов.

2. Осветительное устройство по п. 1, в котором упомянутое регулируемое выходное световое излучение модулируется упомянутым кодом с возможностью его извлечения посредством процедуры интегрирования и вывода.

3. Осветительное устройство по п. 1 или 2, в котором упомянутый текущий режим регулирования силы света выбирается в ответ на запрошенный уровень DL выходного светового излучения для упомянутого источника света.

4. Осветительное устройство по п. 3, содержащее два режима регулирования силы света, при этом первый режим используется тогда, когда упомянутая запрошенная величина DL выходного светового излучения меньше заданного порогового уровня, а второй режим используется тогда, когда упомянутая запрошенная величина выходного светового излучения превышает упомянутый заданный пороговый уровень.

5. Осветительное устройство по п. 4, в котором упомянутая модуляция для внедрения упомянутого кода выполняется посредством схемы модуляции кода, соответствующей упомянутому текущему режиму регулирования силы света.

6. Осветительное устройство по п. 5, в котором, если упомянутым текущим режимом регулирования силы света является упомянутый первый режим, то используется первая схема модуляции кода, а если упомянутым текущим режимом регулирования силы света является упомянутый второй режим, то используется вторая схема модуляции кода.

7. Осветительная система, содержащая:
- осветительное устройство по любому из предыдущих пунктов, и
- приемник (300),
при этом приемник (300) содержит:
средство (301) приема сигнала, исходящего из осветительного устройства по любому из предыдущих пунктов; и
средство (302) извлечения упомянутого кода посредством процедуры интегрирования и вывода.

8. Осветительная система по п. 7, в которой упомянутым принятым сигналом является световой сигнал LS, при этом приемник дополнительно содержит средство (304) преобразования упомянутого принятого светового сигнала в электрический сигнал до ввода в упомянутое средство (302) извлечения принятого сигнала.

9. Осветительная система по п. 7 или 8, в которой упомянутая процедура интегрирования и вывода содержит для ряда промежутков времени длины Т:
для каждого промежутка времени
интегрирование принятого сигнала по упомянутому промежутку времени Т и
регистрацию результирующей интегральной величины упомянутого принятого сигнала за упомянутый промежуток времени,
при этом последовательность упомянутых зарегистрированных результирующих интегральных величин соответствует упомянутому коду.

10. Способ модуляции кода для осветительного устройства, использующего множество режимов регулирования силы света, в котором каждый соответствующий режим регулирования силы света представляет собой регулирование силы света выходного светового излучения из упомянутого источника света посредством соответствующего способа регулирования силы света из множества различных способов регулирования силы света, которые используются осветительным устройством, при этом упомянутый способ модуляции кода содержит этап, на котором:
управляют мгновенной величиной регулируемого выходного светового излучения из упомянутого осветительного устройства, когда регулирование силы света осуществляют в текущем режиме регулирования силы света, выбранном из упомянутого множества режимов регулирования силы света, так, что
для внедрения кода модулируют интегральную величину упомянутого регулируемого выходного светового излучения за промежуток времени Т, причем упомянутое множество различных способов регулирования силы света содержит по меньшей мере два из следующих способов: регулирование силы света способом амплитудной модуляции, регулирование силы света способом широтно-импульсной модуляции и регулирование силы света способом модуляции плотности импульсов.

11. Способ модуляции кода по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором извлекают упомянутый код из упомянутого выходного светового излучения, при этом этап восстановления упомянутого кода содержит этап, на котором обрабатывают принятую часть упомянутого регулируемого выходного светового излучения посредством процедуры интегрирования и вывода.